Ein Team der ETH Zürich hat eine bestimmte Form für Mikropartikel entwickelt, die Medikamente über die Blutbahn künftig punktgenau zum Wirkungsort transportieren könnten.

Für zielgerichtete Therapien ist es essenziell, Medikamente auch punktgenau zum Zielort transportieren zu können. Dafür sucht die Forschung schon länger nach Trägerpartikeln. Solche Partikel müssen eine ganze Reihe von Bedingungen erfüllen: Sie müssen erstens möglichst viele Wirkstoffmoleküle aufnehmen, zweitens mit einem einfachen Verfahren wie Ultraschall durch die Blutbahnen gelenkt und ihr Weg durch den Körper muss drittens mit einem bildgebenden Verfahren verfolgt werden können. Nur wenn dieser letzte Punkt erfüllt ist, lässt sich überprüfen, ob der Medikamententransport funktioniert hat.

Forscher unter Leitung der ETH Zürich haben nun für eine spezielle Klasse von Partikeln gezeigt, dass sie die Bedingungen hervorragend erfüllen. Diese Ergebnisse veröffentlichten die Gruppen von Daniel Razansky und Metin Sitti jüngst im Fachmagazin Advanced Materials. Razansky ist Professor für biomedizinische Bildgebung an der ETH Zürich sowie an der Universität Zürich. Sitti ist Experte für Mikrorobotik und war bis vor kurzem Professor an der ETH Zürich und am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart. Jetzt arbeitet er an der Koç Üniversitesi in Istanbul.

Leistungsfähig und hübsch

Diese von den beiden Wissenschaftlern entdeckten Teilchen sind nicht nur leistungsfähig, sie sehen unter dem Mikroskop auch noch hübsch aus: Sie ähneln winzigen Papierblumen oder Sandrosen. Aufgebaut sind sie aus hauchdünnen Blättchen, die sich selbstorganisierend zu Blüten zusammenfügen. Diese Blütenteilchen haben einen Durchmesser von einem bis fünf Mikrometern, was kleiner ist als ein rotes Blutkörperchen.

Ihre Form begünstigt zwei Eigenschaften: Zum einen haben die Blütenpartikel im Verhältnis zu ihrer Größe eine riesige Oberfläche. Die Zwischenräume zwischen den vielen dicht gepackten Blütenblättern sind nur wenige Nanometer breit und wirken wie Poren. Dadurch können sie sehr große Wirkstoffmengen aufnehmen. Zum anderen streuen die Blütenblätter Schallwellen oder sie lassen sich mit Molekülen beschichten, die Licht absorbieren. Mit Ultraschall oder der sogenannten optoaktustischen Bildgebung sind sie deshalb sehr gut sichtbar.

„Bisher haben Forscher für den Transport durch die Blutbahn mit Ultraschall oder anderen akustischen Methoden vor allem winzige Gasbläschen untersucht“, erklärt Paul Wrede, Mitautor der Studie und Doktorand in Razanskys Gruppe. „Wir zeigen nun, dass man auch feste Mikropartikel akustisch steuern kann.“

Experimente bisher erfolgreich

In Experimenten in der Petrischale zeigten die Forscher, dass sich die Blütenpartikel mit einem Krebsmedikament beladen lassen. Außerdem injizierten sie die Partikel in die Blutbahn von Mäusen. Mit fokussiertem Ultraschall hielten sie die Teilchen an einer vorher festgelegten Stelle im Blutkreislauf fest. Dies funktionierte, obwohl das Blut weiter zirkulierte und an den Partikeln vorbeifloss. Fokussierter Ultraschall ist eine Technik, bei der Schallwellen auf einen Punkt gebündelt werden. „Wir injizieren die Partikel also nicht einfach und hoffen auf das Beste, sondern wir können sie kontrollieren“, sagt Wrede. Mit dieser Technik wollen die Forscher in Zukunft Medikamente zu Tumoren transportieren oder zu Thromben, welche Blutgefässe verstopfen.

Je nach Anwendung und Bildgebungsverfahren, mit dem die Forschenden die Position der Partikel kontrollieren möchten, stellen sie diese aus verschiedenen Materialien her und beschichten sie unterschiedlich. „Das grundlegende Funktionsprinzip beruht auf ihrer Form, nicht auf dem Material, aus dem sie bestehen“, führt Wrede weiter aus. In ihrer Studie untersuchten die Forscher beispielsweise eingehend Blütenpartikel aus Zinkoxid. Zudem testeten sie Partikel aus dem Kunststoff Polyimid und aus einem Verbundmaterial, das aus Nickel und organischen Verbindungen zusammengesetzt ist.

Nun möchten die Teams den Ansatz weiterentwickeln. Zunächst planen sie weitere Untersuchungen in Tieren, bevor die Technik auch Menschen mit Kreislauferkrankungen oder Krebs zugutekommen kann.